KR20200023987A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척으로서, 내부에 냉각 유체가 유동하는 냉각 채널이 마련된 상기 기판 척, 및 상기 냉각 채널로 공급되는 냉각 유체의 온도를 조절하여, 상기 기판 척의 온도를 조절하도록 구성된 온도 조절기를 포함하고, 상기 온도 조절기는, 상기 냉각 채널로 공급되는 냉각 유체를 냉각하도록 구성된 쿨러(cooler), 상기 냉각 채널로 공급되는 냉각 유체를 가열하도록 구성된 히터, 및 상기 쿨러를 경유하는 냉각 유체의 유량 및 상기 히터를 경유하는 냉각 유체의 유량을 조절하도록 구성된 삼방 밸브를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

Description

플라즈마 처리 장치 {Plasma processing apparatus}
본 발명의 기술적 사상은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위하여, 증착, 식각, 세정 등의 일련의 공정들이 진행될 수 있다. 이러한 공정들은 공정 챔버를 구비한 증착, 식각 또는 세정 장치를 통해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 식각 공정의 경우, 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma) 또는 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma)와 같은 플라즈마 기술을 이용하여, 기판 상의 물질막을 식각하는 플라즈마 식각 장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 식각 공정에서, 식각 공정의 균일성에 영향을 미치는 웨이퍼의 온도는 정밀하게 관리될 필요가 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 처리 공정의 균일성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척으로서, 내부에 냉각 유체가 유동하는 냉각 채널이 마련된 상기 기판 척, 및 상기 냉각 채널로 공급되는 냉각 유체의 온도를 조절하여, 상기 기판 척의 온도를 조절하도록 구성된 온도 조절기를 포함하고, 상기 온도 조절기는, 상기 냉각 채널로 공급되는 냉각 유체를 냉각하도록 구성된 쿨러(cooler), 상기 냉각 채널로 공급되는 냉각 유체를 가열하도록 구성된 히터, 및 상기 쿨러를 경유하는 냉각 유체의 유량 및 상기 히터를 경유하는 냉각 유체의 유량을 조절하도록 구성된 삼방 밸브(3-way valve)를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척으로서, 내부에 냉각 유체가 유동하는 냉각 채널이 마련된 상기 기판 척, 및 상기 기판 척의 온도를 조절하도록 구성된 온도 조절기를 포함하고, 상기 냉각 채널은 상기 기판 척의 가장자리 근방에서 상기 기판 척의 둘레를 따라 연장된 제1 채널 및 상기 기판 척의 중심부 근방에서 상기 기판 척의 둘레를 따라 연장된 제2 채널을 포함하고, 상기 온도 조절기는 상기 제1 채널로 유동하는 냉각 유체의 제1 유량 및 상기 제2 채널로 유동하는 냉각 유체의 제2 유량을 조절하여, 상기 기판 척의 중심부와 가장자리부의 온도를 조절하도록 구성된 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척, 및 상기 기판 척에 전원을 전달하도록 구성된 전원 로드로서, 코어부 및 상기 코어부의 외곽 부분을 덮는 쉘부를 포함하는 상기 전원 로드를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척, 상기 기판 척의 아래에서 상기 기판 척을 지지하는 지지대, 상기 지지대의 관통홀에 삽입되고, 상기 기판 척에 전원을 전달하도록 구성된 전원 로드, 및 상기 관통홀에 의해 제공된 상기 지지대의 내벽 상에 마련되고, 적외선을 반사하도록 구성된 제1 열 차단층을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척, 및 상기 기판 척의 가장자리를 둘러싸는 커버 링으로서, 실리콘 불순물을 함유한 쿼츠(quartz) 몸체를 포함하는 상기 커버 링을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 삼방 밸브를 통해 쿨러를 경유하는 유량 및 히터를 경유하는 유량을 조절하여 냉각 유체의 온도를 빠르게 조절할 수 있으므로, 플라즈마 처리 공정을 수행하기에 적합한 온도를 빠르게 웨이퍼에 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 척에 대한 온도 조절기를 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 척을 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 기판 척의 냉각 채널을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 척의 냉각 채널을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 척을 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 기판 척의 냉각 채널을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 척의 냉각 채널을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치의 일부를 보여주는 단면도이다.
도 9는 도 8의 Ⅸ 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치에 포함된 열 차단층을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12는 플라즈마 처리 장치의 일부를 보여주는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 기판 척 어셈블리를 보다 상세히 보여주는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 16a 및 도 16b는 도 15에 도시된 플라즈마 식각 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 척(100)에 대한 온도 조절기(200)를 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 온도 조절기(200)는 웨이퍼와 같은 기판이 탑재된 기판 척(100)의 온도를 제어하기 위하여 제공될 수 있다. 기판 척(100)의 내부에는 냉각 유체(coolant)가 유동할 수 있는 냉각 채널(110)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 냉각 채널(110)은 기판 척(100)의 중심축을 중심으로 동심원형(concentrical) 혹은 나선형(helical)의 파이프 구조를 가지며, 냉각 유체가 유동할 수 있는 통로를 제공할 수 있다.
온도 조절기(200)는 냉각 채널(110)로 공급되는 냉각 유체의 유속 및/또는 온도를 조절함으로써, 기판 척(100)의 온도 및 기판 척(100) 상에 탑재된 기판의 온도를 조절할 수 있다.
냉각 유체는 넓은 온도 범위에서 운용 가능한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 유체는 물, 에틸렌글리콜, 실리콘오일, 액체 테플론, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도 조절기(200)는 냉각 유체의 온도를 극저온의 온도 범위, 예를 들어 -20℃ 내지 -120℃ 사이의 온도 범위 또는 -50℃ 내지 -100℃ 사이의 온도 범위로 조절할 수 있고, 또는 냉각 유체의 온도를 상온으로 조절할 수도 있다.
온도 조절기(200)는 냉각 유체를 냉각하도록 구성된 쿨러(210) 및 냉각 유체를 가열하도록 구성된 히터(220)를 포함할 수 있다. 상기 기판 척(100), 쿨러(210), 및 히터(220)는 냉각 유체가 유동하는 유로를 통해 연결되며, 상기 유로에는 냉각 유체를 순환시키기 위한 펌프(240)가 장착될 수 있다. 상기 쿨러(210), 히터(220), 및 펌프(240)는 냉각 유체가 순환하는 냉각 유체 사이클(201)을 구성할 수 있다.
온도 조절기(200)는 쿨러(210)를 경유하는 냉각 유체의 유량과 히터(220)를 경유하는 냉각 유체의 유량을 조절하기 위한 삼방 밸브(3-way valve, 230)를 포함할 수 있다. 온도 조절기(200)는 삼방 밸브(230)를 통해 쿨러(210)를 경유하는 냉각 유체의 유량 및 히터(220)를 경유하는 냉각 유체의 유량을 조절하여, 기판 척(100)으로 공급되는 냉각 유체의 온도를 조절할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 쿨러(210)와 냉각 채널(110)의 유출구는 제1 유로(251)에 의해 연결되고, 쿨러(210)와 기판 척(100)의 냉각 채널(110)의 유입구는 제2 유로(253)에 의해 연결되고, 히터(220)는 제1 유로(251)와 제2 유로(253)를 연결하는 제3 유로(255)에 설치될 수 있다. 제3 유로(255)는 제1 유로(251)와 제2 유로(253)를 직접 연결하여, 냉각 유체의 전부 또는 일부가 쿨러(210)를 경유하지 않고 기판 척(100)으로 공급되도록 할 수 있다. 삼방 밸브(230)는 제1 유로(251)와 제3 유로(255)가 교차하는 지점에 배치되어, 쿨러(210)를 경유하는 냉각 유체의 유량 및 히터(220)를 경유하는 냉각 유체의 유량을 조절할 수 있다. 이 경우, 기판 척(100)으로 공급되는 냉각 유체의 온도는 쿨러(210)를 경유하는 냉각 유체와 히터(220)를 경유하는 냉각 유체의 혼합에 의해 결정될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 온도 조절기(200)는 삼방 밸브(230)를 제어하여, 쿨러(210)를 경유하는 냉각 유체의 유량을 줄이거나 완전히 차단하고 히터(220)를 경유하는 냉각 유체의 유량을 증가시킴으로써, 냉각 유체의 온도를 빠르게 높일 수 있다. 또한, 온도 조절기(200)는 삼방 밸브(230)를 제어하여, 히터(220)를 경유하는 냉각 유체의 유량을 줄이거나 완전히 차단하고 쿨러(210)를 경유하는 냉각 유체의 유량을 증가시킴으로써, 냉각 유체의 온도를 빠르게 낮출 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 쿨러(210)는 냉각용 냉매(refrigerant)가 순환하는 냉매 사이클(203)을 포함하며, 냉매 사이클(203)은 냉각 유체가 순환하는 냉각 유체 사이클(201)과 열 교환기(211)를 공유할 수 있다. 상기 열 교환기(211)는 냉매가 유동하는 냉매 유로(219)로부터 공급된 냉매와 제1 유로(251)를 통해 공급된 냉각 유체를 열교환시켜, 냉각 유체를 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 기판 척(100)은 정전력(electro-static force)에 의해 기판을 고정하는 정전 척(electrostatic chuck, ESC)일 수 있다. 이러한 정전 척은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 플라즈마 처리 장치에 이용될 수 있다. 이 경우, 정전 척은 플라즈마 처리 공정을 수행하기 위한 공정 챔버 내에 제공되며, 플라즈마 발생을 위한 전극으로 기능할 수 있다. 공정 챔버 내에 발생된 플라즈마에 웨이퍼가 노출될 때, 웨이퍼에 가해진 이온 충돌(ion bombardment)로 인해 높은 열 부하(thermal load)가 생성되며, 이러한 열 부하는 플라즈마 처리 공정을 불균일하게 만드는 원인이 될 수 있다. 그러나, 본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 웨이퍼에 대한 플라즈마 처리 공정에서, 온도 조절기(200)는 기판 척(100)의 냉각 채널(110)로 공급되는 냉각 유체의 온도를 정밀하게 조절하여, 웨이퍼에 가해진 열 부하를 제거할 수 있으므로, 플라즈마 처리 공정의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판 척(100)은 웨이퍼에 대한 극저온 식각(cryogenic etch)을 수행하기 위한 플라즈마 식각 장치에 이용될 수 있다. 극저온 식각은 극저온의 온도 범위, 예를 들어 -20℃ 내지 -120℃ 사이의 온도 범위 또는 -50℃ 내지 -100℃ 사이의 온도 범위 내에서 이루어질 수 있다. 극저온 식각 공정에 있어서, 웨이퍼에 대한 식각 프로파일은 웨이퍼의 온도에 따라 조절될 수 있으며, 기판 척(100)의 온도를 적절히 조절함으로써 높은 종횡비(aspect ratio) 특성의 식각 공정을 수행할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 삼방 밸브(230)를 통해 쿨러(210)를 경유하는 유량 및 히터(220)를 경유하는 유량을 조절하여 냉각 유체의 온도를 빠르게 조절할 수 있으므로, 극저온 식각 공정을 수행하기에 적합한 온도를 빠르게 웨이퍼에 제공할 수 있다.
나아가, 기판 척(100)의 온도를 높이고자 할 때, 쿨러(210)를 경유하는 냉각 유체의 유량을 줄이거나 차단하고 히터(220)를 경유하는 냉각 유체의 유량을 증가시켜 냉각 유체의 온도를 빠르게 높일 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리 장치에 대한 예방 정비(preventive maintenance, PM)와 같이, 극저온으로부터 PM에 적합한 온도로 상승시킬 필요가 있는 경우, 온도 조절기(200)는 대부분의 냉각 유체를 히터(220)로 흐르게 하여 기판 척(100)의 온도를 빠르게 상승시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 척(100a)을 보여주는 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 기판 척(100a)의 냉각 채널(110a)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기판 척(100a)의 내부에는 냉각 유체가 유동할 수 있는 냉각 채널(110a)이 제공될 수 있다.
냉각 채널(110a)은 제1 채널(111), 제2 채널(112), 및 연결 채널(120)을 포함할 수 있다. 제1 채널(111) 및 제2 채널(112)은 각각 기판 척(100a)의 둘레를 따라 연장할 수 있다. 제2 채널(112)은 제1 채널(111)의 안 쪽에 제공된 것으로, 제1 채널(111)은 기판 척(100a)의 가장자리부에 인접할 수 있고, 제2 채널(112)은 기판 척(100a)의 중심부에 인접할 수 있다. 연결 채널(120)은 제1 채널(111)과 제2 채널(112) 사이에서 연장되어, 제1 채널(111)과 제2 채널(112) 사이에서 냉각 유체를 안내할 수 있다.
제1 채널(111), 연결 채널(120), 및 제2 채널(112)은 차례로 이어져, 하나의 유로를 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 냉각 유체는 제1 채널(111)로 유입되고, 제1 채널(111), 연결 채널(120), 및 제2 채널(112)을 차례로 경유하여 유동할 수 있다. 또는, 다른 예시적인 실시예들에서, 냉각 유체는 제2 채널(112)로 유입되고, 제2 채널(112), 연결 채널(120), 및 제1 채널(111)을 차례로 경유하여 유동할 수도 있다.
냉각 채널(110a)은 연결 채널(120)로부터 분기하여 외부로 연장된 바이패스 채널(130)을 포함할 수 있다. 바이패스 채널(130)은 제1 채널(111)로부터 제2 채널(112)로 유동하는 냉각 유체의 일부를 외부로 유출시키도록 구성될 수 있다. 바이패스 채널(130)에는 바이패스 채널(130)로 흐르는 냉각 유체의 유량을 조절하기 위한 밸브(139)가 설치될 수 있다. 바이패스 채널(130)을 통해 유출된 냉각 유체는 제2 채널(112)을 통해 유출된 냉각 유체의 메인 흐름과 합쳐질 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 온도 조절기(200a)는 기판 척(100a)의 온도가 전체적으로 균일해지도록 바이패스 채널(130)을 통해 유출되는 냉각 유체의 유량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 온도 조절기(200a)는 기판 척(100a)에 마련된 온도 센서(도 14의 1114 참조)의 출력 신호를 기반으로 기판 척(100a)의 중심부의 온도 및 기판 척(100a)의 가장자리부의 온도를 검출하고, 기판 척(100a)의 가장자리부의 온도가 기판 척(100a)의 중심부의 온도보다 높은 것으로 판단된 경우, 바이패스 채널(130)을 통해 냉각 유체를 유출시킬 수 있다. 바이패스 채널(130)을 통해 냉각 유체의 일부가 외부로 유출됨에 따라, 제2 채널(112)을 유동하는 냉각 유체의 제2 유량은 제1 채널(111)을 유동하는 냉각 유체의 제1 유량보다 작아질 수 있다. 이 경우, 기판 척(100a)의 중심부 근방의 제2 채널(112)로 유동하는 냉각 유체의 유량 감소에 대응하여, 제2 채널(112)에 의한 기판 척(100a)의 중심부의 냉각률이 작아질 수 있고, 기판 척(100a)의 중심부의 온도가 국부적으로 상승할 수 있다.
예를 들어, 극저온의 온도 범위에서 플라즈마 처리 공정을 진행하는 동안, 기판 척(100a)의 가장자리부는 기판 척(100a)의 주변에 마련된 부품으로부터 전달된 열에 의해 기판 척(100a)의 중심부보다 상대적으로 높은 온도를 가질 수 있다. 이러한 기판 척(100a)의 중심부와 가장자리부 간의 온도 차이는 플라즈마 처리 공정을 불균일하게 만드는 원인이 될 수 있다. 그러나, 본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 바이패스 채널(130)을 통해 유출되는 냉각 유체의 유량을 조절함으로써, 기판 척(100a)의 중심부와 가장자리부 간의 온도 차이를 용이하게 제거할 수 있으므로, 온도 불균일에 의한 공정 산포를 제거할 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 척(100b)의 냉각 채널(110b)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 냉각 채널(110b)은 기판 척(100b)의 가장자리로부터 중심을 향하여 순차적으로 배치된 3개 이상의 채널을 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 채널(110b)은 기판 척(100b)의 가장자리로부터 중심을 향하여 순차적으로 배치된 제1 채널(111a), 제2 채널(112a), 제3 채널(113a) 및 제4 채널(114a)을 포함할 수 있다.
상기 제1 채널(111a), 제2 채널(112a), 제3 채널(113a) 및 제4 채널(114a)은 연결 채널들(120)에 의해 연결되어, 하나의 유로를 형성할 수 있다. 상기 제1 채널(111a), 제2 채널(112a), 제3 채널(113a) 및 제4 채널(114a)을 연결하는 연결 채널들(120) 각각에는 냉각 유체의 일부를 외부로 유출시키기 위한 바이패스 채널들(130)이 마련될 수 있다. 온도 조절기(200a)는 바이패스 채널들(130)을 따라 외부로 유출되는 유량을 조절함으로써, 상기 제1 채널(111a), 제2 채널(112a), 제3 채널(113a) 및 제4 채널(114a) 각각을 따라 흐르는 유량을 조절할 수 있다. 그에 따라, 기판 척(100b)의 가장자리부와 기판 척(100b)중심부 간의 온도는 보다 균일하고 정밀하게 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 척(100c)을 보여주는 단면도이다. 도 6은 도 5에 도시된 기판 척(100c)의 냉각 채널(110c)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 냉각 채널(110c)은 서로 분리된 제1 채널(111) 및 제2 채널(112)을 포함할 수 있다. 제1 채널(111) 및 제2 채널(112)은 각각 기판 척(100c)의 둘레를 따라 연장할 수 있다. 제1 채널(111) 및 제2 채널(112)은 각각 냉각 유체가 유입되는 유입구(118) 및 냉각 유체가 유출되는 유출구(119)를 가지며, 제1 채널(111)과 제2 채널(112)은 각각 독립적인 유로를 형성할 수 있다. 제2 채널(112)은 제1 채널(111)의 안 쪽에 제공될 수 있다. 제1 채널(111)은 기판 척(100c)의 가장자리부에 인접할 수 있고, 제2 채널(112)은 기판 척(100c)의 중심부에 인접할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 온도 조절기(200b)는 기판 척(100c)의 온도가 전체적으로 균일해지도록 제1 채널(111)로 흐르는 냉각 유체의 제1 유량 및 제2 채널(112)로 흐르는 냉각 유체의 제2 유량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 온도 조절기(200b)는 기판 척(100c)에 마련된 온도 센서(도 14의 1114 참조)의 출력 신호를 기반으로 기판 척(100c)의 중심부의 온도 및 기판 척(100c)의 가장자리부의 온도를 검출하고, 기판 척(100c)의 가장자리부의 온도가 기판 척(100c)의 중심부의 온도보다 높은 것으로 판단된 경우, 제2 채널(112)로 흐르는 냉각 유체의 제2 유량이 제1 채널(111)로 흐르는 냉각 유체의 제1 유량보다 작아지도록 할 수 있다. 이 경우, 기판 척(100c)의 중심부 근방의 제2 채널(112)로 유동하는 냉각 유체의 유량 감소에 대응하여, 제2 채널(112)에 의한 기판 척(100c)의 중심부의 냉각률이 작아질 수 있고, 기판 척(100c)의 중심부의 온도가 국부적으로 상승할 수 있다.
예를 들어, 기판 척(100c)의 가장자리부의 온도가 기판 척(100c)의 중심부보다 상대적으로 높은 온도를 가지는 경우, 온도 조절기(200b)는 제1 채널(111)로 흐르는 제1 유량이 제2 채널(112)로 흐르는 제2 유량보다 많아지도록 제1 유량 및 제2 유량을 제어할 수 있다. 이 경우, 기판 척(100c)의 중심부 근방의 제2 채널(112)로 유동하는 냉각 유체의 유량 감소에 대응하여, 제2 채널(112)에 의한 기판 척(100c)의 중심부의 냉각률이 작아질 수 있고, 기판 척(100c)의 중심부의 온도가 국부적으로 상승할 수 있다. 기판 척(100c)의 중심부의 온도가 국부적으로 상승함에 따라, 기판 척(100c)의 중심부와 기판 척(100c)의 가장자리부 간의 온도가 균일해질 수 있다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 척(100d)의 냉각 채널(110d)을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 냉각 채널(110d)은 기판 척(100d)의 가장자리로부터 중심을 향하여 순차적으로 배치된 3개 이상의 채널을 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 채널(110d)은 기판 척(100d)의 가장자리로부터 중심을 향하여 순차적으로 배치된 제1 채널(111a), 제2 채널(112a), 제3 채널(113a) 및 제4 채널(114a)을 포함할 수 있다. 상기 제1 채널(111a), 제2 채널(112a), 제3 채널(113a) 및 제4 채널(114a)은 서로 분리되며, 각각 독립적인 유로를 형성할 수 있다.
온도 조절기(200b)는 기판 척(100d)의 가장자리로부터 중심을 향하여 순차적으로 배치된 제1 채널(111a), 제2 채널(112a), 제3 채널(113a) 및 제4 채널(114a) 각각을 따라 흐르는 유량을 조절함으로써, 기판 척(100d)의 가장자리부와 중심부 간의 온도를 보다 균일하고 정밀하게 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치의 일부를 보여주는 단면도이다. 도 9는 도 8의 Ⅸ 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 기판 척(100), 기판 척(100)을 지지하는 지지대(190), 및 전원 로드(power rod, 300)를 포함할 수 있다.
전원 로드(300)는 기판 척(100)에 전원을 전달할 수 있다. 전원 로드(300)는 지지대(190)의 관통홀(191)에 삽입될 수 있고, 기판 척(100)의 하부에 연결될 수 있다. 전원 로드(300)는 막대(rod) 형상을 가질 수 있으며, 전원 로드(300)의 일 단부는 기판 척(100)의 하부에 삽입되어 고정될 수 있다.
예를 들어, 전원 로드(300)는 바이어스 전원 소스와 같은 전원 소스에 연결되어, 전원 소스에서 생성된 바이어스 전원을 기판 척(100)에 전달하도록 구성될 수 있다. 전원 로드(300)에 의해 전원을 전달받은 기판 척(100)은 플라즈마 처리 공정 동안 플라즈마 발생을 위한 전극으로 기능할 수 있다.
전원 로드(300)는 코어부(core portion, 310) 및 코어부(310)를 덮는 쉘부(shell portion, 320)를 포함할 수 있다. 쉘부(320)는 코어부(310)의 외곽 부분을 덮으며, 대체로 균일한 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 코어부(310)는 열 전도도가 비교적 작은 물질을 포함할 수 있다. 코어부(310)의 열 전도도는 쉘부(320)의 열 전도도보다 작을 수 있다. 예를 들어, 코어부(310)는 테플론(Teflon) 또는 세라믹 재료로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 쉘부(320)는 전기 전도도가 비교적 높은 물질을 포함할 수 있다. 쉘부(320)의 전기 전도도는 코어부(310)의 전기 전도도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 쉘부(320)는 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다.
코어부(310)를 열 전도도가 낮은 물질로 구성하는 경우, 전원 로드(300)와 기판 척(100) 사이의 전도에 의한 열 전달을 줄일 수 있다. 특히, 극저온의 온도 범위에서 플라즈마 처리 공정을 진행하는 경우, 기판 척(100)과 전원 로드(300) 사이의 온도 차이가 상당히 커지게 되며, 전원 로드(300)에 의한 열 전달에 의해 전원 로드(300)가 접속된 기판 척(100)의 일부분의 온도가 국부적으로 높아질 수 있다. 그러나, 본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 전원 로드(300)의 코어부(310)를 열 전도도가 낮은 물질로 형성하여 전원 로드(300)에 의한 기판 척(100)의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 전원 로드(300)를 통한 전원 전달은 대부분 전원 로드(300)의 표면 부분을 구성하는 쉘부(320)를 통해 이루어질 수 있다. 따라서, 코어부(310)와 쉘부(320) 모두를 전기 전도도가 높은 물질로 형성한 경우와 비교하여, 코어부(310)를 상대적으로 전기 전도도가 낮은 물질을 형성하더라도 전원 로드(300)를 통한 전원 전달 효율은 거의 동일할 수 있다.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치에 포함된 열 차단층(410, 420)을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10을 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 기판 척(100), 기판 척(100)을 지지하는 지지대(190), 기판 척(100)에 전원을 전달하기 위한 전원 로드(300), 및 제1 열 차단층(410)을 포함할 수 있다.
제1 열 차단층(410)은 지지대(190)의 관통홀(191)에 의해 형성된 지지대(190)의 내벽 상에 제공될 수 있다. 제1 열 차단층(410)은 적외선을 차단하도록 구성된 적외선 반사체(infrared reflector)일 수 있으며, 기판 척(100) 아래의 부품으로부터 기판 척(100)을 향해 진행하는 적외선을 반사하거나 흡수할 수 있다.
특히, 극저온의 온도 범위에서 플라즈마 처리 공정을 진행하는 경우, 기판 척(100)과 공정 챔버 내의 다른 부품 간의 온도 차이가 커지게 되며, 상대적으로 고온을 갖는 부품으로부터 발생된 방사열이 기판 척(100)으로 전달될 수 있다. 이러한 방사열은 기판 척(100)의 온도를 불균일하게 만드는 원인이 될 수 있다. 그러나, 본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 제1 열 차단층(410)은 기판 척(100) 아래에서 적외선을 반사하거나 흡수함으로써, 방사열 전달로 인한 기판 척(100)의 온도 균일성이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제1 열 차단층(410)은 적외선 반사율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 열 차단층(410)은 금(Au), 은(Ag), 티타늄 이산화물(TiO2), 알루미늄 질화물(AlN), 아연 산화물(ZnO), 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
제1 열 차단층(410)은 필름 형태를 가질 수 있다. 제1 열 차단층(410)은 단층 구조를 가질 수도 있고, 또는 다층 구조를 가질 수도 있다. 제1 열 차단층(410)이 다층 구조를 가지는 경우, 제1 열 차단층(410)은 반사 물질층과 함께 반사 물질층의 흡착력을 강화하도록 상기 반사 물질층과 지지대(190)의 내벽 사이에 제공된 접착 물질층을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 기판 척(100), 기판 척(100)을 지지하는 지지대(190), 기판 척(100)에 전원을 전달하기 위한 전원 로드(300), 및 제2 열 차단층(420)을 포함할 수 있다.
제2 열 차단층(420)은 기판 척(100)의 하면 상에 제공될 수 있다. 제2 열 차단층(420)은 상대적으로 고온을 가진 공정 챔버 내의 다른 부품으로부터 발생된 방사열이 기판 척(100)으로 전달되는 것을 차단하도록, 적외선을 반사하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제2 열 차단층(420)은 관통홀(191)에 의해 노출된 기판 척(100)의 하면 부분 상에 제공되어, 기판 척(100)으로 진행하는 적외선을 반사하거나 흡수할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제2 열 차단층(420)은 적외선 반사율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 열 차단층(420)은 금(Au), 은(Ag), 티타늄 이산화물(TiO2), 알루미늄 질화물(AlN), 아연 산화물(ZnO) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
도 12는 플라즈마 처리 장치의 일부를 보여주는 단면도이다.
도 12를 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 기판(101)이 탑재된 기판 척(100), 엣지 링(510) 및 커버 링(520)을 포함할 수 있다.
엣지 링(510)은 플라즈마 처리 장치 내에서 기판 척(100) 상에 배치될 수 있다. 엣지 링(510)은 기판 척(100) 상에 안착된 기판(101)의 외주를 둘러싸도록 배치되고, 엣지 링(510)의 안쪽 부분은 기판(101)과 수직으로 중첩될 수 있다. 엣지 링(510)은 기판 척(100)과 커버 링(520) 사이에 배치될 수 있다. 엣지 링(510)은 플라즈마 처리 공정을 이용한 반도체 제조 공정, 예컨대 식각, 증착(deposition) 등을 수행하기 위하여 제공될 수 있다.
엣지 링(510)은 플라즈마 처리 장치의 공정 챔버(1300) 내에서 발생된 플라즈마를 보다 더 확장시키도록 구성된 포커스 링을 포함할 수 있다. 이 경우, 고주파 전원이 기판 척(100)에 인가되어 전기장이 형성되었을 때, 엣지 링(510)에도 고주파 전원이 인가되므로, 전기장 형성 영역이 엣지 링(510)의 주변까지 확장될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 엣지 링(510)은 유전체, 절연체, 반도체 또는 이들의 조합 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 엣지 링(510)은 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 탄소(C) 또는 이들의 조합 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
커버 링(520)은 기판 척(100)의 외주 및 엣지 링(510)의 외주를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 커버 링(520)은 절연 물질을 포함할 수 있으며, 엣지 링(510) 및 기판 척(100)을 포위하여 엣지 링(510) 및 기판 척(100)을 보호할 수 있다.
커버 링(520)은 기판 척(100)의 주변에 마련된 부품으로부터 기판 척(100)을 열적으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 커버 링(520)은 상대적으로 고온을 갖는 공정 챔버(1300) 내의 다른 부품으로부터 방출된 열이 기판 척(100) 및/또는 엣지 링(510)으로 전달되는 것을 차단할 수 있으며, 적외선을 반사하거나 또는 흡수하도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 커버 링(520)은 불투명 반사체(opaque reflector)일 수 있다. 예를 들어, 커버 링(520)은 불순물을 함유한 절연체 몸체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버 링(520)은 실리콘 불순물이 도핑된 석영(quartz) 몸체를 포함할 수 있다.
특히, 극저온의 온도 범위에서 플라즈마 처리 공정을 진행하는 경우, 기판 척(100)과 주변 부품(예를 들어, 공정 챔버(1300)의 챔버벽) 간의 온도 차이가 커지므로, 상기 주변 부품과 기판 척(100) 간에 방사열(RH) 전달에 의해 기판 척(100)의 온도가 불균일해지는 문제가 발생할 수 있다. 이 때, 커버 링(520)은 적외선을 반사하거나 또는 흡수하여, 방사열(RH) 전달로 인한 기판 척(100)의 온도 산포 및 엣지 링(510)의 온도 산포를 줄일 수 있다.
도 13은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치(1000)를 보여주는 단면도이다. 도 14는 도 13에 도시된 기판 척 어셈블리(1001)를 보다 상세히 보여주는 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치(1000)의 일예로써 용량 결합형 플라즈마 식각 장치를 제시한다. 그러나, 본 발명은 용량 결합형 플라즈마 식각 장치에 제한되는 것은 아니며, 플라즈마를 이용하는 장치라면 모두 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 유도 결합형 플라즈마 식각 장치 또는 플라즈마 증착 장치에도 적용할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(1000)는 플라즈마를 이용하여 공정 챔버(1300) 내의 기판(101)을 처리, 예를 들어 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있는 플라즈마 식각 장치일 수 있다. 기판(101)은 웨이퍼, 예를 들어 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 공정 챔버(1300)는 내부 공간(1310)을 포함하는 챔버, 예를 들어 플라즈마 챔버일 수 있다. 기판(101) 상에는 물질막, 예를 들어 산화막이나 질화막이 형성되어 있을 수 있다.
플라즈마 처리 장치(1000)는 공정 챔버(1300) 내에 기판(101)이 탑재되는 기판 척(1100)을 구비한 기판 척 어셈블리(1001)를 포함할 수 있다. 기판 척 어셈블리(1001)는 기판(101)을 고정하는 기판 척(1100) 및 기판 척(1100)의 동작을 제어하는 제어부(1200)를 포함할 수 있다. 상기 기판 척(1100)은 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명된 기판 척(100, 100a, 100b, 100c, 100d)일 수 있다.
기판 척(1100)은 정전력에 의해 기판(101)을 고정하는 정전 척일 수 있다. 이 경우, 기판 척(1100)은 베이스(1110), 접착층(1130)에 의해 베이스(1110)에 접착된 히터 유전층(heater dielectric layer, 1140)과 정전 유전층(electrostatic dielectric layer, 1150)을 포함할 수 있다. 접착층(1130)은 제1 접착제(1131)와 제2 접착제(1132)를 포함하는 이중막 구조일 수 있다. 제1 접착제(1131)와 제2 접착제(1132) 사이에 금속판(1120)이 더 제공될 수 있다. 베이스(1110)는 원형 형태를 가질 수 있다. 베이스(1110)는 금속, 예를 들어 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 스테인레스 스틸(stainless steel), 텅스텐(W), 혹은 이들의 합금과 같은 금속으로 구성될 수 있다.
베이스(1110)에는 냉각 유체가 흐르는 냉각 채널(1111)이 마련될 수 있다. 냉각 채널(1110)을 순환하는 냉각 유체의 유속 및/또는 온도는 온도 조절기(1230)에 의해 조절될 수 있다. 냉각 채널(1111)은 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 냉각 채널(110, 110a, 110b, 110c, 110d)일 수 있다. 온도 조절기(1230)는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 온도 조절기(200, 200a, 200b)일 수 있다.
베이스(1110)는 바이어스 전원 소스(bias power source, 1220)에 전기적으로 연결될 수 있다. 바이어스 전원 소스(1220)에서 생성된 전원은 전원 로드(300)를 통해 베이스(1110)에 인가되고, 이에 따라 베이스(1110)는 플라즈마 발생을 위한 전극 역할을 할 수 있다.
베이스(1110)는 온도 센서(1114)를 포함할 수 있다. 온도 센서(1114)는 측정된 베이스(1110)의 온도를 제어부(1200)로 전송할 수 있다. 온도 센서(1114)로부터 측정된 온도를 기반으로 기판 척(1100)의 온도나 기판(101)의 온도가 검출될 수 있다.
히터 유전층(1140)은 내장된 히터 전극(heater electrode, 1145)을 포함할 수 있다. 히터 유전층(1140)은 세라믹, 예를 들어, 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 이트륨 산화물(Y2O3)이나 레진, 예를 들어 폴리이미드와 같은 유전체로 구성될 수 있다. 히터 유전층(1140)은 원형 형태나 디스크 형태일 수 있다.
히터 전극(1145)은 전도체, 예를 들어 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 니켈-크롬 합금(Ni-Cr alloy), 니켈-알루미늄 합금(Ni-Al alloy) 등과 같은 금속, 또는 텅스텐 카바이드(WC), 몰리브덴 카바이드(MoC), 타이타늄나이트라이드(TiN) 등과 같은 전도성 세라믹으로 구성될 수 있다.
히터 전극(1145)은 히터 전원 소스(heater power source, 1240)에 전기적으로 연결될 수 있다. 히터 전원 소스(1240)로부터 전원, 예를 들어 교류 전압에 의해 히터 전극(1145)이 발열되어 기판 척(1100) 및 기판(101)의 온도가 조절될 수 있다. 히터 전극(1145)은 히터 유전층(1140)의 중심축을 기준으로 동심원형 혹은 나선형의 패턴을 가질 수 있다.
정전 유전층(1150)은 내장된 흡착 전극(adsorption electrode, 1155)을 포함할 수 있다. 흡착 전극(1155)은 클램프 전극이라 칭할 수도 있다. 정전 유전층(1150)은 세라믹, 예를 들어, 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 이트륨 산화물(Y2O3)이나 레진, 예를 들어 폴리이미드와 같은 유전체로 구성될 수 있다. 정전 유전층(1150)은 원형 형태나 디스크 형태일 수 있다.
정전 유전층(1150) 상에 기판(101)이 배치될 수 있다. 흡착 전극(1155)은 전도체, 가령 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 니켈-크롬 합금(Ni-Cr alloy), 니켈-알루미늄 합금(Ni-Al alloy) 등과 같은 금속 혹은 텅스텐 카바이드(WC), 몰리브덴 카바이드(MoC), 타이타늄나이트라이드(TiN) 등과 같은 전도성 세라믹으로 구성될 수 있다.
흡착 전극(1155)은 기판 척 전원 소스(1210)와 전기적으로 연결될 수 있다. 기판 척 전원 소스(1210)로부터 인가된 전원, 예를 들어 직류 전압에 의해 흡착 전극(1155)과 기판(101) 사이에 정전기력이 발생되어 기판(101)이 정전 유전층(1150) 상에 흡착될 수 있다.
또한, 히터 유전층(1141)과 정전 유전층(1142) 사이에는 열산포층(heat distribution layer, 1147)이 제공될 수 있다. 열산포층(1147)은 가령 약 10W/mK 이상의 열전도도를 갖는 알루미늄 질화물(AlN), 보론 질화물(BN), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등을 포함할 수 있다. 열산포층(1147)은 히터 전극(1145)에서 발생된 열을 더 균일하게 할 수 있다.
기판 척 전원 소스(1210), 바이어스 전원 소스(1220), 히터 전원 소스(1240), 및 온도 조절기(1230)는 제어부(1200)를 구성할 수 있다. 가령, 제어부(1200)는 온도 센서(1114)로부터 측정된 온도를 기반으로 기판 척(1100) 및 기판(101)의 온도를 검출할 수 있다. 나아가, 제어부(1200)는 검출된 온도 정보를 기반으로, 히터 전원 소스(1240)를 제어하여 히터 전극(1145)으로부터 발생되는 발열량을 조절하거나, 온도 조절기(1230)를 제어하여 기판 척(1100)에 공급되는 냉각 유체의 온도를 조절할 수 있다. 이에 따라, 기판 척(1100)의 온도 및/또는 기판(101)의 온도가 적절하게 제어될 수 있다.
기판 척(1100)은 지지대(1190)에 의해 지지될 수 있다. 기판 척(1100)의 하방에는, 기판 척(1100)으로의 방사열 전달을 차단하기 위한 열 차단층(도 10의 제1 열 차단층(410) 또는 도 11의 제2 열 차단층(420))이 마련될 수 있다. 또한, 기판 척(1100) 상에는 기판(101)의 가장자리를 감싸는 엣지 링(510)과, 엣지 링(510)의 가장자리 및 기판 척(1100)의 가장자리를 감싸는 커버 링(520)이 마련될 수 있다.
기판 척(1100)과 공정 챔버(1300)의 내측벽 사이에 배플판(1320)이 제공될 수 있다. 그리고, 공정 챔버(1300)의 하부에 배기관(1331)이 마련되고, 배기관(1331)은 진공 펌프(1330)에 연결될 수 있다. 공정 챔버(1300)의 외측벽 상에 기판(101)의 반입과 반출을 담당하는 개구(1341)를 개폐하는 게이트 밸브(1340)가 제공될 수 있다.
공정 챔버(1300)의 천장에는 기판 척(1100)으로부터 상방으로 이격된 상부 전극(1400)이 제공될 수 있다. 상부 전극(1400)은 임피던스 정합기(1421)를 거쳐 고주파 전원 소스(1420)에 전기적으로 연결될 수 있다. 고주파 전원 소스(1420)는 플라즈마 발생에 적합한 고주파 전원을 출력할 수 있다. 상부 전극(1400)은 공정 가스를 공급하는 가스 공급 소스(1430)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(1400)은 샤워헤드 전극일 수 있다. 가스 공급 소스(1430)를 통해 공급된 공정 가스는 상부 전극(1400)의 분사홀(1410)을 통해 공정 챔버(1300)의 내부로 분사될 수 있다.
도 15는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 16a 및 도 16b는 도 15에 도시된 플라즈마 식각 공정을 설명하기 위한 도면들이다. 이하에서는, 도 15, 도 16a, 및 16b를 도 13 및 도 14와 함께 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
도 15를 참조하면, 기판(101)을 공정 챔버 내에 로딩한다(S110). 구체적으로, 게이트 밸브(1340)를 열어 기판(101)을 공정 챔버(1300) 내의 기판 척(1100) 상에 로딩(또는 탑재)할 수 있다. 기판 척(1100)은 기판 척 전원 소스(1210)로부터 인가된 전원에 의해 발생된 정전기력을 통해 기판(101)을 고정할 수 있다.
다음으로, 기판(101)이 기판 척(1110)에 고정되면, 기판(101)에 대한 플라즈마 식각 공정을 수행한다(S120).
도 16a을 참조하면, 기판(101) 상에는 제1 물질막(102) 및 마스크 패턴(103)이 형성될 수 있다. 마스크 패턴(103)은 제1 물질막(102)의 일부를 노출시키는 개구부(103H)를 가질 수 있다.
도 16b를 참조하면, 공정 챔버(1300) 내에 플라즈마를 발생시켜, 마스크 패턴(103)에 의해 노출된 제1 물질막(102)의 일부를 제거하여, 제1 물질막(102)에 홀(104)을 형성할 수 있다. 제1 물질막(102)에 홀(104)을 형성한 이후, 마스크 패턴(103)은 제거될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 가스 공급 소스(1430)로부터 공급된 공정 가스는 상부 전극(1400)을 통해 공정 챔버(1300)의 내부 공간(1310)에 균일하게 확산될 수 있다. 고주파 전원 소스(1420)에서 생성된 고주파 전원이 임피던스 정합기(1421)를 거쳐 상부 전극(1400)에 인가되고, 바이어스 전원 소스(1220)로부터 바이어스 전원이 기판 척(1100)에 인가됨에 따라, 상부 전극(1400)과 기판 척(1100) 사이에서 전기장이 형성될 수 있다. 상기 전기장에 의해 가속된 전자가 공정 가스의 분자 또는 원자와 충돌하여 플라즈마가 발생할 수 있다. 기판 척(1110) 상에 탑재된 기판(101)은 공정 챔버(1300) 내에 발생된 플라즈마에 노출되며, 기판(101) 상의 제1 물질막(102)은 플라즈마와 물리적 및/또는 화학적으로 반응하여 식각될 수 있다.
한편, 플라즈마 처리 장치(1000)는 기판(101)의 온도를 극저온의 온도 범위, 예를 들어 -20℃ 내지 -120℃ 사이의 온도 범위 또는 -50℃ 내지 -100℃ 사이의 온도 범위 이내로 조절한 상태에서 제1 물질막(102)에 대한 극저온 식각 공정을 수행할 수 있다. 플라즈마 식각 공정 시 식각 프로파일은 기판(101)의 온도에 의해 조절될 수 있으므로, 플라즈마 처리 장치(1000)는 미리 설정된 온도로 기판 척(1110)의 온도를 제어함으로써, 높은 종횡비 특성의 식각 공정을 수행할 수 있다.
다음으로, 기판(101)에 대한 플라즈마 식각 공정이 완료되면, 기판(101)을 공정 챔버(1300)로부터 언로딩할 수 있다(S130).
본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 플라즈마를 이용한 극저온 식각 공정 동안, 기판 척(1110)은 공정 챔버(1300) 내의 다른 부품에 비해 상당히 낮은 온도를 가지지만, 고온 상태의 부품으로부터 생성된 방사열 또는 전도열 전달에 의한 기판 척(1110)의 온도 변화를 줄일 수 있다. 따라서, 극저온 식각 공정 동안, 기판(101)은 전체적으로 균일한 온도를 가지게 되므로, 식각 공정의 균일성을 향상시킬 수 있고, 높은 종횡비 특성의 식각 공정을 수행할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 기판 척 110: 냉각 채널
190: 지지대 200: 온도 조절기
210: 쿨러 220: 히터
230: 삼방 밸브 240: 펌프
300: 전원 로드 310: 코어부
320: 쉘부 410: 제1 열 차단층
420: 제2 열 차단층 510: 엣지 링
520: 커버 링

Claims (20)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척으로서, 내부에 냉각 유체가 유동하는 냉각 채널이 마련된 상기 기판 척; 및
    상기 냉각 채널로 공급되는 냉각 유체의 온도를 조절하여, 상기 기판 척의 온도를 조절하도록 구성된 온도 조절기;
    를 포함하고,
    상기 온도 조절기는,
    상기 냉각 채널로 공급되는 냉각 유체를 냉각하도록 구성된 쿨러(cooler);
    상기 냉각 채널로 공급되는 냉각 유체를 가열하도록 구성된 히터; 및
    상기 쿨러를 경유하는 냉각 유체의 유량 및 상기 히터를 경유하는 냉각 유체의 유량을 조절하도록 구성된 삼방 밸브(3-way valve);
    를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 조절기는 상기 쿨러를 경유하는 냉각 유체 및 상기 히터를 경유하는 냉각 유체가 혼합된 냉각 유체를 상기 기판 척으로 공급하여 상기 기판 척의 온도를 조절하도록 구성된 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 채널은,
    상기 기판 척의 둘레를 따라 연장된 제1 채널;
    상기 제1 채널의 안 쪽에 마련되고, 상기 기판 척의 둘레를 따라 연장된 제2 채널;
    상기 제1 채널과 상기 제2 채널을 사이에서 연장된 연결 채널; 및
    상기 연결 채널로부터 분기하여, 외부로 연장된 바이패스 채널;
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 채널은 상기 기판 척의 중심부에 마련되고,
    상기 제2 채널은 상기 기판 척의 가장자리부에 마련되고,
    상기 온도 조절기는, 상기 기판 척의 가장자리부의 온도가 상기 기판 척의 중심부의 온도보다 높은 경우, 상기 제2 채널을 따라 유동하는 냉각 유체의 제2 유량이 상기 제1 채널을 따라 유동하는 냉각 유체의 제1 유량보다 작아지도록 상기 바이패스 채널을 통해 냉각 유체를 외부로 유출시키도록 구성된 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 채널은,
    상기 기판 척의 둘레를 따라 연장된 제1 채널; 및
    상기 제1 채널의 안 쪽에 마련되고, 상기 제1 채널과 분리된 제2 채널;
    을 포함하고,
    상기 온도 조절기는 상기 제1 채널로 흐르는 냉각 유체의 제1 유량 및 상기 제2 채널로 흐르는 냉각 유체의 제2 유량을 조절하도록 구성된 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 척에 연결되고, 상기 기판 척에 전원을 전달하도록 구성된 전원 로드를 더 포함하고,
    상기 전원 로드는 코어부(core portion) 및 상기 코어를 덮는 쉘부(shell potion)을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 코어부는 제1 물질을 포함하고,
    상기 쉘부는 상기 제1 물질과 상이한 제2 물질을 포함하고,
    상기 제1 물질은 상기 제2 물질보다 열 전도도가 낮은 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 척의 아래에서 상기 기판 척을 지지하는 지지대;
    상기 지지대의 관통홀에 삽입되어 상기 기판 척에 연결되고, 상기 기판 척에 전원을 전달하도록 구성된 전원 로드; 및
    상기 관통홀에 의해 제공된 상기 지지대의 내벽 상에 마련된 열 차단층;
    을 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 척의 아래에서 상기 기판 척을 지지하는 지지대;
    상기 지지대의 관통홀에 삽입되어 상기 기판 척에 연결되고, 상기 기판 척에 전원을 전달하도록 구성된 전원 로드; 및
    상기 관통홀에 의해 노출된 상기 기판 척의 표면 상에 마련된 열 차단층;
    을 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 척의 외주를 둘러싸고, 실리콘 불순물이 도핑된 쿼츠(quartz) 몸체를 포함하는 커버 링을 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척으로서, 내부에 냉각 유체가 유동하는 냉각 채널이 마련된 상기 기판 척; 및
    상기 기판 척의 온도를 조절하도록 구성된 온도 조절기;
    를 포함하고,
    상기 냉각 채널은 상기 기판 척의 가장자리 근방에서 상기 기판 척의 둘레를 따라 연장된 제1 채널 및 상기 기판 척의 중심부 근방에서 상기 기판 척의 둘레를 따라 연장된 제2 채널을 포함하고,
    상기 온도 조절기는 상기 제1 채널로 유동하는 냉각 유체의 제1 유량 및 상기 제2 채널로 유동하는 냉각 유체의 제2 유량을 조절하여, 상기 기판 척의 중심부와 가장자리부의 온도를 조절하도록 구성된 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각 채널은
    상기 제1 채널과 상기 제2 채널 사이에서 연장되어, 상기 제1 채널로부터 상기 제2 채널을 향해 유동하는 냉각 유체를 안내하도록 구성된 연결 채널; 및
    상기 연결 채널로부터 분기되어 외부로 연장되고, 냉각 유체를 외부로 안내하도록 구성된 바이패스 채널;
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 채널 및 상기 제2 채널은 서로 분리된 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 척에 연결되고, 상기 기판 척에 전원을 전달하도록 구성된 전원 로드를 더 포함하고,
    상기 전원 로드는 제1 물질을 포함하는 코어부 및 상기 코어를 덮고 상기 제1 물질과 상이한 제2 물질을 포함하는 쉘부를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 척의 아래에서 상기 기판 척을 지지하는 지지대;
    상기 지지대의 관통홀에 삽입되어 상기 기판 척에 연결되고, 상기 기판 척에 전원을 전달하도록 구성된 전원 로드;
    상기 관통홀에 의해 제공된 상기 지지대의 내벽 상에 마련된 제1 열 차단층; 및
    상기 관통홀에 의해 노출된 상기 기판 척의 표면 상에 마련된 제2 열 차단층;
    을 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 척의 외주를 둘러싸는 엣지 링; 및
    상기 기판 척의 외주 및 상기 엣지 링의 외주를 둘러싸고, 실리콘 불순물이 도핑된 쿼츠 몸체를 포함하는 커버 링;
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척; 및
    상기 기판 척에 전원을 전달하도록 구성된 전원 로드로서, 코어부 및 상기 코어부의 외곽 부분을 덮는 쉘부를 포함하는 상기 전원 로드;
    를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 코어부는 제1 물질을 포함하고, 상기 쉘부는 상기 제1 물질과 상이한 제2 물질을 포함하고,
    상기 제1 물질은 상기 제2 물질보다 열 전도도가 낮은 플라즈마 처리 장치.
  19. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척;
    상기 기판 척의 아래에서 상기 기판 척을 지지하는 지지대;
    상기 지지대의 관통홀에 삽입되고, 상기 기판 척에 전원을 전달하도록 구성된 전원 로드; 및
    상기 관통홀에 의해 제공된 상기 지지대의 내벽 상에 마련되고, 적외선을 반사하도록 구성된 제1 열 차단층;
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  20. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 마련되고 기판이 탑재되는 기판 척; 및
    상기 기판 척의 가장자리를 둘러싸는 커버 링으로서, 실리콘 불순물을 함유한 쿼츠 몸체를 포함하는 상기 커버 링;
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
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